当涂在锂离子电池电极上时，一种新型复合材料可以保护电池在过度充电或发生电气短路时不会起火燃烧。斯坦福大学的研究人员在《自然·能源》创刊号上报告了这种材料，该材料可能导致更安全的锂离子和其他类型电池的设计（2016，DOI：10.1038/nenergy.2015.9）。
锂离子电池为包括智能手机、电动汽车和悬浮滑板在内的设备供电，很少会着火。行业专家估计，每1000万个电池单元中，发生火灾的次数少于1次，这还不包括电池滥用测试。然而，这些电池被广泛使用并储存了大量的能量，因此研究人员仍在努力通过提出更可靠的安全功能来防止这些不太可能发生的故障。
一些正在使用或正在开发的功能是基于电池内部的保护材料薄膜，这些薄膜会响应温度升高而发生变化。材料的结构或其他特性的变化会阻止电流流动，从而使电池安全冷却。其他策略则要求用抑制燃烧反应的化学添加剂来修改电池内部的电解液。
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但是这些薄膜和添加剂往往会导致不可逆的变化——一旦被激活，电池就不能重复使用。或者，这些材料的效率不够高，因为它们对温度变化的反应太慢，或者只能在狭窄的电压范围内工作。
斯坦福大学的研究人员正在使用石墨烯涂层的镍尖刺纳米颗粒来制造锂离子电池，这种电池在过热时会关闭，然后在冷却后迅速重新启动（1µ = 1微米）。
图片来源：郑晨，斯坦福大学
因此，由斯坦福大学的崔屹和鲍哲南领导的团队开发了一种快速响应热的材料，并将其用于涂覆锂离子电池电极。该材料是一种复合材料，该团队使用聚乙烯和涂有石墨烯以增强其电化学稳定性的尖刺镍微粒制成的。
在制造过程中，该材料在室温下表现出高导电性。但是，在达到临界转变温度后的一秒钟内，聚合物会膨胀，将尖刺颗粒推开。这种变化会导致电池导电率骤降七到八个数量级，从而立即关闭设备。
与其他作为安全开关研究的材料相比，斯坦福大学的复合材料对温度变化的敏感度高出 1000 多倍。此外，与其他开关材料不同，新的复合材料在电池冷却后会恢复正常功能，电池也是如此。
在《自然·能源》的配套评论中，阿贡国家实验室的电池安全专家 Khalil Amine 评论说，“这种方法提供了可靠性、快速响应时间和可逆性，而不会牺牲电池性能，这在以前的方法中很难实现。”
但他指出，该团队仅在小型纽扣电池中评估了安全策略。在较大、较厚的电池（例如电动汽车中使用的电池）中，热传播可能不够快，无法立即触发开关材料关闭电池。因此，还需要进一步研究。
尽管如此，Amine 指出这项工作的材料设计“为解决高能量密度电池长期存在的安全问题提供了一种有希望的策略。”